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光控开关电路

引言​

在本项目中，我将向你展示如何使用光敏电阻（LDR）制作一个简单的光控开关电路。通过该电路，可以根据电路周围光照强度的变化，控制电气设备或家用电器，例如灯泡或风扇等。

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1. 电路原理​

该电路的主要原理基于光敏电阻（LDR，Light Dependent Resistor）的工作特性，即根据照射在LDR上的光照强度来控制开关灯的状态。

对于光敏电阻来说，在黑暗中具有高电阻值，而在有光照的情况下电阻值会降低。我们利用LDR的这一特性结合比较器电路实现控制功能。

更多详细原理会在“工作原理”部分说明。

2. 光控开关电路原理图​

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3. 电路元件​

  • LM358 比较器集成电路
  • 继电器模块
  • 光敏电阻（LDR）
  • 10KΩ 电阻
  • 20KΩ 电位器
  • 灯泡
  • 连接导线
  • 小型面包板
  • 5V 电源

4. 光控开关电路设计​

光控开关电路主要由两部分组成：LM358比较器IC 和 光敏电阻LDR。 LM358 是一个 8 引脚双运算放大器芯片，供电电压范围为 3V 至 32V，内部包含两个频率补偿的运算放大器。

在本电路中，我们只使用其中一个运算放大器来比较输入电压。LM358 的 8 个引脚中：

  • 第 1、2、3 引脚属于第一个运放
  • 第 5、6、7 引脚属于第二个运放
  • 第 4 引脚为接地（GND）
  • 第 8 引脚为正电源（VCC）

由于本设计只用到第一个运放，因此主要使用第 1、2、3、4、8 引脚。

  • 引脚3：反相输入端（–），输入来自光敏电阻与 10KΩ 电阻的分压组合
  • 引脚2：同相输入端（+），输入来自 20KΩ 电位器
  • 引脚8：连接 +5V 电源
  • 引脚4：连接接地
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注意事项：

  • 光敏电阻在黑暗中电阻值较高，当照射在其上的光强度增大时，电阻值减小。
  • 本电路使用一颗 2MΩ 光敏电阻，其阻值范围约为 2KΩ 至 2MΩ。
  • 相关内容可参考文章《高功率LED自动亮度控制》。

运算放大器的输出（引脚1）连接到继电器模块的 IN 引脚。由于使用的是 5V继电器模块，因此其 VCC 和 GND 分别接到 +5V 电源与地。

在继电器与灯泡的连接部分，继电器有三个端子：

  • 常开端（NO）
  • 常闭端（NC）
  • 公共端（COM）

初始情况下，COM 端与 NC 端相连。当继电器被激活（线圈通电）时，COM 端会与 NO 端相连。

因此，将灯泡的一端接到继电器的 COM 端，灯泡另一端连接到交流电源一根火线上；交流电源的另一根线则接到继电器的 NO 端。

⚠️ 警告：由于涉及交流市电操作，请在成人或专业人员监督下进行，确保安全。

5. 工作原理​

本项目的工作原理非常简单。如果你熟悉 LDR 和比较器的概念，很容易理解。

当光照射在光敏电阻上时，比较器会比较运放同相输入端（+）和反相输入端（–）的电压：

  • 如果 同相端电压 > 反相端电压，则输出为 低电平（LOW）
  • 如果 同相端电压 < 反相端电压，则输出为 高电平（HIGH）

在正常室内光照条件下，运放输出为 低电平，因此灯泡保持关闭。当我使用小手电筒照射 LDR 时，运放输出变为 高电平，灯泡点亮。

6. 光控开关电路的操作方法​

  1. 首先，将交流电灯泡串联接入继电器。
  2. 将电源连接到电路。
  3. 使用手电筒调节照射在 LDR 上的光强。
  4. 当手电筒远离 LDR 时，灯泡熄灭。
  5. 当手电筒靠近 LDR 时，灯泡点亮。

7. 光控开关电路的应用​

  • 可用于安防场景：当光敏电阻处于黑暗状态时，自动关闭照明。
  • 可用于需要根据环境光照自动控制开关灯的应用场合。